Trong nhiều lĩnh vực như khoa học vật liệu, thăm dò địa chất, giám sát môi trường, bảo tồn di tích, công nghiệp luyện kim và thậm chí cả thăm dò hành tinh, việc xác định nhanh chóng, chính xác và tại chỗ các thành phần của các nguyên tố vật chất là một nhu cầu cơ bản và quan trọng. Các phương pháp phân tích hóa học truyền thống, mặc dù có độ chính xác cao, thường đòi hỏi tiền xử lý phức tạp, phá hủy mẫu và mất nhiều thời gian hơn. Và sự xuất hiện của công nghệ quang phổ phá vỡ do laser gây ra đã thay đổi tình hình. Máy quang phổ cảm ứng laser được xây dựng dựa trên nguyên tắc LIBS với những ưu điểm độc đáo như không cần tạo mẫu, phân tích mô phỏng đa nguyên tố, tổn thất nhỏ hoặc thậm chí gần như không phá hủy, có thể phát hiện từ xa/trực tuyến. Bài viết này sẽ giới thiệu hệ thống về nguyên tắc làm việc, đặc điểm kỹ thuật, ứng dụng điển hình và hướng phát triển trong tương lai.

I. Nguyên tắc hoạt động: Sử dụng laser để "đốt cháy" ánh sáng vân tay của nguyên tử

Các nguyên tắc cốt lõi của máy quang phổ cảm ứng laser cực kỳ tinh tế:

Đầu tiên, một chùm laser xung năng lượng cao (thường ở cấp nano giây, bước sóng 1064 nm hoặc 532 nm) tập trung vào bề mặt mẫu, tạo ra plasma nhiệt độ cao và áp suất cao (nhiệt độ lên tới 10.000-20.000 K) trong một thời gian rất ngắn (<1 μs). Trong điều kiện này, lớp bề mặt của mẫu vật liệu microgram được khí hóa tức thời, nguyên tử hóa và kích thích.

Sau đó, khi plasma nguội đi, các nguyên tử hoặc ion bị kích thích sẽ nhảy trở lại trạng thái cơ bản và phát ra một phổ đặc trưng của các bước sóng cụ thể. Mỗi nguyên tố có "dấu vân tay quang phổ" của nó - ví dụ, sắt ở 358,12 nm, đồng ở 324,75 nm và natri ở 589,0 nm.

Cuối cùng, việc thu thập các tín hiệu ánh sáng này bằng máy quang phổ có độ phân giải cao, chẳng hạn như máy dò raster bậc trung bình+ICCD và sử dụng thuật toán định lượng và tỷ lệ cơ sở dữ liệu, cho phép xác định nhanh các loại và nội dung của các nguyên tố trong mẫu.

Toàn bộ quá trình chỉ mất vài giây và hầu như không gây ra thiệt hại có thể nhìn thấy đối với hầu hết các mẫu rắn, thực sự đạt được "đánh một chùm ánh sáng, biết mọi thứ".

II. Lợi thế công nghệ cốt lõi

1. Khả năng phân tích trang web và vị trí thực sự

Không cần lấy mẫu, loại bỏ hoặc ép viên, nó có thể được phát hiện trực tiếp trên đá, kim loại, đất, hiện vật, mô sinh học, v.v. Thiết bị LIBS cầm tay thậm chí có thể hoạt động trong thời gian thực tại hiện trường, mỏ, địa điểm xảy ra tai nạn.

2. Toàn bộ lớp phủ yếu tố

Hầu hết mọi thứ từ các nguyên tố nhẹ (như Li, Be, B, C, N, O) đến kim loại nặng (như Pb, U, Hg) đều có thể phát hiện được, phá vỡ giới hạn của sự không nhạy cảm của huỳnh quang tia X (XRF) đối với các nguyên tố nhẹ.

B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

Điểm laser có thể nhỏ như 10-50 μm, thích hợp cho các khu vực nhỏ của thành phần mapping; Bằng cách bắn phá xung liên tục, bóc từng lớp cũng có thể đạt được, phân tích sự phân bố sâu của lớp phủ, lớp oxy hóa hoặc các sản phẩm ăn mòn.

4. Thích hợp cho tất cả các loại vật thể

Không chỉ có thể đo được chất rắn, mà còn có thể phân tích chất lỏng (cần một bể đặc biệt), khí (như chẩn đoán plasma) và thậm chí cả kim loại nóng chảy nhiệt độ cao.

III. Kịch bản ứng dụng điển hình

1. Địa chất và khai thác mỏ

sàng lọc nhanh các loại quặng (ví dụ: Fe, Cu, Al nội dung); Hình ảnh các yếu tố trang web lõi, hướng dẫn các quyết định khoan; Khám phá hành tinh: ChemCam trên tàu thăm dò Curiosity của NASA, được gọi là LIBS, đã phân tích thành công hàng trăm tảng đá sao Hỏa.

2. Luyện kim và gia công kim loại

Phân loại kim loại phế liệu (phân biệt lớp thép không gỉ 304 vs 316); Giám sát trực tuyến thành phần bể bơi, tối ưu hóa quy trình sản xuất thép; Độ dày lớp phủ của cánh động cơ hàng không và phát hiện thành phần.

3. Môi trường và an toàn

Kiểm tra ô nhiễm kim loại nặng trong đất (As, Cd, Cr); Xác định nguyên tố uranium, plutonium trong chất thải hạt nhân; Dư lượng chất nổ (bao gồm N, K, Cl, v.v.) được phát hiện nhanh chóng.

4. Bảo tồn di sản văn hóa

Phân tích không phá hủy thành phần sắc tố gốm cổ, tranh tường, đồng thau; Phân biệt thật giả, ngược dòng nơi sản xuất, chỉ đạo sửa chữa.

5 Sinh học và nông nghiệp

Nghiên cứu phân phối các yếu tố dinh dưỡng (K, Ca, Mg) của lá cây; Phân tích mối liên hệ giữa các nguyên tố vi lượng và sức khỏe trong xương động vật.